สมการเคมีและดุลสมการเคมี

เราสามารถเขียนแสดงปฏิกิริยาเคมีได้ด้วยสมการเคมี โดยเขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นไว้ด้านซ้ายของสมการเคมี (ด้านหางลูกศร) แล้วเขียนสูตรเคมีของผลิตภัณฑ์ไว้ด้านขวาของสมการเคมี (หัวลูกศร)

ตัวอย่างสมการเคมี เช่น

สมการ (1) หมายความว่า มีสารตั้งต้นสองชนิด คือ ไฮโดรเจน และ ออกซิเจน เมื่อทำปฏิกิริยากันเกิดผลิตภัณฑ์เพียงชนิดเดียว คือ น้ำ

นอกจากนี้สมการเคมียังบอกถึงความสัมพันธ์ของสารทั้งหมดที่อยู่ในสมการเคมี โดยพิจารณาจากตัวเลขสัมประสิทธิ์หน้าสูตรเคมีของแต่ละสาร

เมื่อไม่เห็นตัวเลขเขียนแสดงไว้ หมายความว่า มีเลขสัมประสิทธิ์เป็น 1 จากสมการ (1) แสดงว่า สองโมเลกุลของไฮโดรเจน หรือ 4 อะตอมของไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยาพอดีกับออกซิเจนหนึ่งโมเลกุล หรือ 2 อะตอมของออกซิเจน และเกิดเป็นน้ำสองโมเลกุล หรือคือ 4 อะตอมของไฮโดรเจน และ 2 อะตอมของออกซิเจน

สมการเคมียังแสดงสถานะทางกายภาพของสารทุกชนิด โดยการเขียนตัวอักษรในวงเล็บหลังสูตรเคมี โดย

• (s) หมายถึง สถานะของแข็ง
• (l) หมายถึง สถานะของเหลว
• (g) หมายถึง สถานะแก๊ส
• (aq) หมายถึง สถานะสารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย

เช่น

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของคาร์บอน

หรือ ปฏิกิริยาของกรดเกลือในกระเพาะอาหารกับแคลเซียมคาร์บอเนต ซึ่งเป็น สารองค์ประกอบหนึ่งในยาลดกรด

โดยการเติมตัวเลขสัมประสิทธิ์หน้าสูตรเคมีของแต่ละสาร การดุลสมการเคมีหนึ่งๆ มีหลักการคร่าวๆ ดังนี้

1. เขียนสูตรเคมีแทนสารทุกชนิดในสมการเคมี โดยเขียนสารตั้งต้นทั้งหมดอยู่ด้านซ้ายของลูกศร และผลิตภัณฑ์ทุกชนิดอยู่ด้านขวาของลูกศร โดยเติมเครื่องหมายบวก ระหว่างสารแต่ละชนิด
2. เติมตัวเลขสัมประสิทธิ์หน้าสารทุกชนิดเพื่อทำให้จำนวนแต่ละชนิดอะตอมเท่ากันทั้งด้านสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ โดยจำนวนอะตอมของธาตุ H และ O พิจารณาหลังสุด
3. หากอะตอมปรากฏอยู่ในรูปกลุ่มของอะตอมที่เหมือนกันทั้งด้านสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ให้พิจารณาจำนวนในรูปกลุ่มของอะตอม แทนการพิจารณาจำนวนอะตอม

เช่น

การดุลสมการเคมีเมื่อโลหะอลูมิเนียม ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก เกิดผลิตภัณฑ์เป็นอลูมิเนียมคลอไรด์ กับ ไฮโดรเจน

ขั้นแรก เขียนสมการที่ยังไม่ได้ดุล

ขั้นสอง เติมตัวเลขสัมประสิทธิ์ เพื่อให้จำนวนอะตอมของอลูมิเนียม และ อะตอมของคลอรีน เท่ากันทั้งสองด้านของลูกศร

จะดูเหมือนว่าจำนวนอะตอมของอะลูมิเนียมเท่ากันทั้งสองด้านแล้ว แต่จำนวนอะตอมของไฮโดรเจนด้านซ้ายเป็น 3 และจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนด้านขวาเป็น 2

เราจึงต้องเติมตัวเลขสัมประสิทธิ์เพื่อทำให้จำนวนอะตอมของไฮโดรเจนของทั้งสองด้านทั้งกัน ดังนี้

เมื่อจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนเท่ากันหรือดุลแล้ว เราจะพบว่าจำนวนอะตอมของคลอรีนกลับไม่เท่ากัน โดยจำนวนอะตอมของคลอรีนด้านซ้ายเป็น 6 และจำนวนอะตอมของคลอรีนด้านขวาเป็น 3

ดังนั้น เราจึงเติมตัวเลขสัมประสิทธิ์ 2 ลงหน้า AlCl₃ เพื่อทำให้จำนวนอะตอมของคลอรีนสมดุล

สมการจึงเปลี่ยนแปลงเป็นสมการ (7)

ขณะนี้พบว่าทุกอะตอมสมดุล ยกเว้นอะตอมของอลูมิเนียม โดยจำนวนอะตอมของอลูมิเนียมด้านซ้ายเป็น 1 และจำนวนอะตอมของอลูมิเนียมด้านขวาเป็น 2

ดังนั้น เราจึงเติมเลขสัมประสิทธิ์ 2 ลงหน้า Al

ตอนนี้จะกล่าวได้ว่าสมการเคมีดุลแล้ว โดยมีจำนวนอะตอมของอลูมิเนียม 2 อะตอม จำนวนอะตอมของคลอรีน 6 อะตอม และ จำนวนอะตอมของไฮโดรเจน 6 อะตอม ทั้งสองด้านของสมการ

ข้อควรสังเกต สมการ (9) ก็เป็นสมการที่ดุลแล้วเช่นกัน เพราะมีจำนวนของอะตอมแต่ละชนิดเท่ากันทั้งด้านสองด้าน แต่โดยปกติเราเขียนสมการเคมีแทนสัดส่วนสารเคมีที่เกิดการเปลี่ยนแปลงจริง หรือ เขียนสมการเคมีที่ดุลด้วยตัวเลขสัมประสิทธิ์ที่น้อยที่สุด